Bearbeitung von Titan

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Das Schwerzerspanen stellt besondere Anforderungen an die Maschine und die Arbeitsabläufe. Handelt es sich um ein besonders schwer zerspanbares Material wie Titan, ist spezielles Know-how im Umgang mit diesen Anforderungen erforderlich. Dank seiner Expertise kann WFL Millturn Technologies eine Bearbeitungslösung für Flugzeugfahrwerke anbieten.

Die Luftfahrtindustrie stellt für WFL ein wichtiges Marktsegment dar. In diesem Industriezweig werden immer mehr Werkstoffe benötigt, die als schwer zerspanbar gelten. Insbesondere die Bearbeitung von Titan ist ein Bereich, in dem WFL über eine große Expertise verfügt.

Titan stellt im Schneidprozess seit jeher besondere Anforderungen an Werkzeuge und Maschinen. Als Werkstoff mit herausragenden Eigenschaften hat sich Titan 3.7165 in den letzten Jahren vor allem in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie im medizinischen Bereich unter den Leichtbauwerkstoffen durchgesetzt. Es ist eine der am häufigsten verwendeten Titanlegierungen und enthält sechs Prozent Aluminium und vier Prozent Vanadium. Diese Legierung, üblicherweise als Ti6Al4V bezeichnet, weist eine sehr gute Kombination aus Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Belastbarkeit auf. Obwohl dieser Werkstoff über gute Erfahrungswerte und Schnittdaten verfügt, bleibt seine Bearbeitung eine der Königsdisziplinen der Zerspanung.

Für spezielle Anwendungen werden ständig neue Titanlegierungen entwickelt, oft auf Basis spezifischer Kundenanforderungen. Eine Reihe von WFL-Kunden benötigen Titan 5553 (Ti5Al5V5Mo3Cr) für die Produktion von Fahrwerken in der Luftfahrtindustrie. Dieses Material zeichnet sich durch verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit und Zähigkeit aus. Außerdem reagiert es weniger empfindlich auf Strukturveränderungen beim Erhitzen. Dieses Material ist in der Tat einer der wahren Titanen im Bereich der Zerspanung und hat seinen Namen aus der griechischen Mythologie.

Ti5553 ist derzeit einer der am schwierigsten zu bearbeitenden Werkstoffe auf dem Markt. Bei der Verarbeitung sollte eine Schnittgeschwindigkeit von 45 m/min nicht überschritten werden, da bereits bei Schnittgeschwindigkeiten von 60 m/min Scherspannungen von bis zu 2.780 N/mm² entstehen können.

Reinhard Koll, Leiter Anwendungstechnik WFL

Probleme wie punktuelle Erwärmung durch schlechte Wärmeleitung und damit verbundene chemische Veränderungen im Material (Versprödung bei höheren Temperaturen) sowie die Bildung von Aufbauschneiden treten bei diesem Material häufiger auf als bei anderen Titanlegierungen. Deshalb ist es bei der Verarbeitung von Ti 5553 besonders wichtig, dass Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Eindringtiefe genau aufeinander abgestimmt sind. Der Einsatz geeigneter Kühlschmierstoffe ist ebenso wichtig wie die richtige Kühlstrategie. Eine schnelle und kontinuierliche

Die Späneabfuhr muss gewährleistet sein; Die Wärmeabfuhr erfolgt zu einem wesentlich größeren Teil über das Werkzeug. Eine zusätzliche Herausforderung stellt bei diesem Material die Entfernung der Schmiedehaut dar, die in Fachkreisen auch als „Elefantenhaut“ bezeichnet wird. Der vorgeschaltete Schmiedeprozess und die daraus resultierenden thermischen und metallurgischen Einflüsse verleihen dieser Haut eine sehr hohe Oberflächenhärte.

Aufgrund des geringen Elastizitätsmoduls neigt Titan dazu, dem Druck des Werkzeugs auszuweichen und mit der Schneide zu verschmelzen. Die Bearbeitung sollte daher, wie bereits erwähnt, mit einer niedrigen Schnittgeschwindigkeit, aber einem relativ hohen und gleichmäßigen Vorschub erfolgen. Auf vibrationsfreie, eingespannte und scharfe Werkzeuge ist in jedem Fall zu achten. Als Schneidstoffe kommen Schnellarbeitsstähle mit hohem Kobaltanteil, Hartmetall oder Stellit zum Einsatz.

All dies zeigt, dass Titan viel Erfahrung bei der Auswahl und dem Einsatz der Werkzeuge sowie den Bearbeitungsstrategien erfordert.

Es ist wichtig, dass die Fähigkeit, kritische Aspekte der Bearbeitung während der Herstellung zu berücksichtigen, bereits in der Entwurfsphase nachgewiesen wird. So ist beispielsweise zu berücksichtigen, dass unterschiedliche Materialstärken im Rohling veränderte Bearbeitungsstrategien erfordern. Neben den auftretenden Schnittkräften müssen auch Wärmeeinflusszonen berücksichtigt werden.

Schwer zerspanbare Materialien wie Titan haben die Entwicklung der WFL-Maschinen beeinflusst. Für genau solche anspruchsvollen Anwendungen bietet das Unternehmen individuelle Lösungen an. Dazu gehören auch Aspekte wie Kühl- und Produktionsstrategie sowie die eigentliche Maschine.

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